改善發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射滿足車輛新噪聲法規(guī)

【法】　G.Nghiem　S.Wang

噪聲振動(dòng)

改善發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射滿足車輛新噪聲法規(guī)

【法】G.NghiemS.Wang

摘要：近期，車輛通過噪聲法規(guī)將發(fā)生變化，噪聲限值將明顯收緊。這種變化要求改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射。另一方面，在現(xiàn)有燃油經(jīng)濟(jì)性壓力下，未來發(fā)動(dòng)機(jī)將越來越注重輕量化，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲排放有負(fù)面影響。因此，在新的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要考慮車輛新通過噪聲法規(guī)的相關(guān)要求。在某些情況下，需要開發(fā)新的解決方案，在減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的同時(shí)改善發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲水平。1種有效方法是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)，如曲軸和發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)。過去一直采用原始方法進(jìn)行研究，可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)零部件對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)輻射噪聲產(chǎn)生多大影響，此外找出曲軸剛度和動(dòng)力系統(tǒng)輻射噪聲之間的定量關(guān)系。實(shí)際上，通過改善曲軸剛度，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲降低1～2dB。而發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射噪聲的影響可達(dá)到3dB。改善噪聲輻射的另一種有效方法是加裝發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲罩。對(duì)3種類型的隔聲罩進(jìn)行了研究：發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩、發(fā)動(dòng)機(jī)底部隔聲罩，以及排氣端隔聲罩。對(duì)于整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲輻射，每個(gè)隔聲罩能夠降低噪聲約1dB。關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩，Renault公司開發(fā)了1款輕量化產(chǎn)品，在保持令人滿意的發(fā)動(dòng)機(jī)聲學(xué)性能的同時(shí)，隔聲罩質(zhì)量至少減輕50%。Renault公司還提出了隔熱-隔聲罩新概念，為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端表面提供隔熱和噪聲衰減功能。隔熱-隔聲罩由1層薄鋼板和1層厚的玻璃纖維制成。采用這種類型的屏蔽罩，可獲得與發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩相媲美的噪聲衰減功能。此外，與簡(jiǎn)單的層壓鋼板隔熱罩相比，新的解決方案無需額外增加質(zhì)量，甚至更輕。

關(guān)鍵詞：噪聲輻射隔熱-隔聲罩新噪聲法規(guī)

0前言

從1970年起，歐洲環(huán)境噪聲政策主要包括制定車輛、飛機(jī)和機(jī)器最高噪聲級(jí)的法規(guī)。最近的1份關(guān)于降低車輛噪聲限值的法規(guī)是1995年引入的(圖1)。由于這項(xiàng)法規(guī)和車輛技術(shù)進(jìn)步，使私家車輛的噪聲自1970年以來降低了近90%。然而多項(xiàng)研究證明，根據(jù)該指令的規(guī)定，現(xiàn)在使用的測(cè)試方法已經(jīng)不能如實(shí)反映城市交通環(huán)境下真實(shí)的駕駛行為。在1996年發(fā)布的關(guān)于未來噪聲政策歐盟的綠皮書[1]中已經(jīng)指出，在車輛型式認(rèn)證程序中，嚴(yán)重低估了輪胎滾動(dòng)噪聲對(duì)總噪聲排放的影響。因此，為了更好地反映城市交通環(huán)境下真實(shí)的駕駛行為，必須修訂測(cè)量程序[2]。

新的噪聲法規(guī)旨在從源頭進(jìn)一步降低道路交通噪聲，包括新定義的基本測(cè)量程序(R51-03)和更低的噪聲限值，但該法規(guī)在政策上尚未確定。新程序中規(guī)定的部分油門加速比現(xiàn)有的全油門(WOT)加速更具有城市交通代表性。因此，在車輛上降低噪聲排放也將降低城市噪聲污染。

在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代車輛上，通過噪聲主要來自輪胎、動(dòng)力系統(tǒng)和進(jìn)排氣系統(tǒng)。每種噪聲源的影響隨著測(cè)量條件而變化。圖2為采用程序R51-03測(cè)量的通過噪聲源的典型分布情況。由此可見，輪胎為主要的噪聲源，其次為動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲輻射[3]。

圖1　歐洲乘用車通過噪聲法規(guī)的發(fā)展歷程

圖2　車輛通過噪聲的主要來源

動(dòng)力系統(tǒng)也是通過噪聲的重要來源(約占30%)。因此，更低的通過噪聲限值要求進(jìn)一步降低動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲輻射。另一方面，在當(dāng)前燃油經(jīng)濟(jì)性的高要求下，未來發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量將越來越輕，如果沒有采取噪聲-振動(dòng)-平順性(NVH)應(yīng)對(duì)措施，將引起噪聲的升高。在新型動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，整車廠應(yīng)考慮如何滿足通過新噪聲法規(guī)的相關(guān)要求。在某些情況下，需要開發(fā)創(chuàng)新解決方案，從而在減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的同時(shí)改善發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。

1動(dòng)力系統(tǒng)噪聲輻射分析

動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲輻射是指在特定運(yùn)行工況下動(dòng)力系統(tǒng)全部表面的輻射噪聲。在動(dòng)力系統(tǒng)的6個(gè)表面分別放置麥克風(fēng)(聲壓級(jí)，SPL)或測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)全部表面的聲功率(聲功率級(jí)，SWL)，并進(jìn)行噪聲量化。動(dòng)力系統(tǒng)輻射聲功率來源于動(dòng)力系統(tǒng)全部表面的振動(dòng)，這些振動(dòng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)(燃燒、運(yùn)動(dòng)件，以及氣流激振)產(chǎn)生的，并由動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳遞。

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)+動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳遞+動(dòng)力系統(tǒng)表面輻射

在動(dòng)力系統(tǒng)上激勵(lì)源不計(jì)其數(shù)，可產(chǎn)生噪聲輻射的結(jié)構(gòu)零部件是很重要的輻射源，控制及預(yù)知整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的輻射噪聲相當(dāng)復(fù)雜及困難。本文主要分析發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。而曲軸不僅傳遞燃燒激勵(lì)振動(dòng)，而且由于其形狀和特征振型成為振動(dòng)源。

就發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)而言，確定發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲最重要的來源對(duì)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。如圖3所示，給出了1臺(tái)1.5L柴油機(jī)運(yùn)行在3000r/min全負(fù)荷工況時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)不同部件的聲功率級(jí)。由圖3可見，發(fā)動(dòng)機(jī)底部是動(dòng)力系統(tǒng)整個(gè)噪聲功率級(jí)的最重要來源，其次是柴油機(jī)排氣端的主要后處理部件。一般來說，無論柴油機(jī)或汽油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)底部都是最重要的輻射噪聲源。因此，降低發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲有必要優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖3　動(dòng)力系統(tǒng)不同部位對(duì)整個(gè)聲功率級(jí)的影響(示例為1.5L柴油機(jī)在3000r/min全負(fù)荷工況下運(yùn)行)

2通過發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善噪聲輻射

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)的影響

一般來說，剛性底部結(jié)構(gòu)比柔性底部結(jié)構(gòu)的輻射噪聲更大，但從量化上看，很少有結(jié)果表明底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲產(chǎn)生的影響[4-5]。在Renault動(dòng)力NVH系統(tǒng)部門，技術(shù)人員試圖采用基于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的原始方法，量化發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射噪聲的影響。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲取決于扭矩和排量，決定參數(shù)為發(fā)動(dòng)機(jī)升扭矩，即發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩和排量的比值。因此，我們選擇發(fā)動(dòng)機(jī)升扭矩作為比較不同發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲的基準(zhǔn)值。

如圖4所示，不同發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī))聲功率級(jí)為發(fā)動(dòng)機(jī)升扭矩的函數(shù)。通過這種方式，我們能夠清晰地看到以下趨勢(shì)：(1)整體上，發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率級(jí)隨升扭矩的增長而升高；(2)在相同升扭矩下，不同發(fā)動(dòng)機(jī)之間有較大的分散性；(3)低水平發(fā)動(dòng)機(jī)為1組(第1組)，這組發(fā)動(dòng)機(jī)在聲功率級(jí)和升扭矩之間存在線性關(guān)系；(4)其他發(fā)動(dòng)機(jī)形成另一組(第2組)，這組發(fā)動(dòng)機(jī)比第1組有較高的噪聲輻射。由此可見，第1組和第2組平均水平相差3dB。

圖4　發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射噪聲的影響(0～10kHz)

若分析發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)，我們能夠發(fā)現(xiàn)第1組發(fā)動(dòng)機(jī)為剛性底部結(jié)構(gòu)，采用機(jī)座或者梯形框架與油底殼相連，或者采用剛性油底殼。第1組的底部結(jié)構(gòu)以圖5為例。

圖5　第1組剛性底部結(jié)構(gòu)示例(梯形框架+油底殼)

第2組發(fā)動(dòng)機(jī)為柔性底部結(jié)構(gòu)，主要采用整體鋁制油底殼和短裙缸體相連接。第2組發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)以圖6為例。在噪聲輻射方面，這種底部結(jié)構(gòu)有2個(gè)缺點(diǎn)：(1) 剛度較低，除非設(shè)置許多加強(qiáng)肋；(2) 可以形成放大聲輻射的較大平坦表面。

圖6　第2組柔性底部結(jié)構(gòu)示例(大平面)

通過這種統(tǒng)計(jì)方法，可以推斷出發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射噪聲的潛在影響接近3 dB。當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)還有其他重要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)噪聲輻射產(chǎn)生影響，這對(duì)確保發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)剛度與其他部分的剛度一致性很重要。

2.2曲軸剛度的影響

眾所周知，曲軸對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲有很大影響。一方面，由于曲軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)使其在高轉(zhuǎn)速下成為重要的振動(dòng)源。另一方面，曲軸將全部燃燒激勵(lì)振動(dòng)傳遞給動(dòng)力系統(tǒng)所有零部件，尤其向底部結(jié)構(gòu)傳遞。到目前為止，公開發(fā)表的發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲和曲軸設(shè)計(jì)之間關(guān)系的研究結(jié)果較少[6-7]。事實(shí)上，在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)其他零部件的條件下，很難明顯改變1款發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

為了證明曲軸的影響，技術(shù)人員采用統(tǒng)計(jì)方法為不同尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)建立發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射和曲軸剛度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。對(duì)于曲軸剛度和發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲，嘗試了不同的準(zhǔn)則。通過“歸一化發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率”(其為相同轉(zhuǎn)速、恒定扭矩下輻射聲功率)獲得最佳相關(guān)性。通過這種方式繪制了不同汽油機(jī)的輻射噪聲基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果(圖7)。由此可見，歸一化發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率級(jí)和曲軸剛度之間有相當(dāng)好的相關(guān)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，曲軸剛度每增加100N/μm，發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率降低大約1dB。

圖7　歸一化發(fā)動(dòng)機(jī)聲功率和曲軸剛度之間的關(guān)系

因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲而言，曲軸剛度是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。然而，剛度較強(qiáng)的曲軸意味著需要較大的軸頸或曲柄銷直徑，這會(huì)加大摩擦、增加燃油消耗。應(yīng)分別考慮整體燃油消耗和通過噪聲限制，尋找1種折中方法。實(shí)際上，對(duì)于4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，通過曲軸設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲可以有1～2dB的改善潛力。

3利用隔聲罩改善噪聲輻射

對(duì)于汽油機(jī)，為實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射水平，改進(jìn)曲軸及其底部剛度即可。然而，對(duì)于柴油機(jī)，由于大量增加的燃燒激勵(lì)及大容積的排氣后處理裝置，需要額外采取應(yīng)對(duì)措施，如采用噪聲吸收材料的隔聲罩。但增加隔聲罩將增加車輛質(zhì)量，不利于改善燃油消耗。因此，為了在保持相似聲衰減率的同時(shí)，減輕車輛質(zhì)量，應(yīng)開發(fā)1種采用新材料的新概念隔聲罩。

3.1輕型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋罩

通常采用的隔聲罩是發(fā)動(dòng)機(jī)裝飾蓋罩。隔聲罩采用注入高密度泡沫的塑料蓋，將其安裝在接近發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的部件上。根據(jù)表面覆蓋情況，對(duì)于1臺(tái)4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)零件的質(zhì)量為1～2kg，其中包括所有減振固定點(diǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)前蓋高頻條件下，這種隔聲罩的聲學(xué)性能(噪聲排放衰減)約為4～6dB。

然而，這種蓋罩質(zhì)量大、成本高，將占用發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之間更大空間。因此，必需在質(zhì)量、厚度、成本和聲學(xué)性能之間找出1種較好的折中方案。Renault公司及其供應(yīng)商合作開發(fā)出1種改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋罩。為了優(yōu)化聲吸收系數(shù)，采用不同密度的多層玻璃纖維，而薄塑料層具有較好的隔聲作用。使用玻璃纖維材質(zhì)的蓋罩更輕，質(zhì)量減輕50%以上。其質(zhì)量輕和幾乎完全柔性的結(jié)構(gòu)將不需要減振固定，從而降低成本。

就聲學(xué)性能而言，結(jié)果相當(dāng)令人滿意。如圖8所示，以輕質(zhì)蓋罩為例，給出了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲輻射的衰減結(jié)果。測(cè)試結(jié)果是通過測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)有無隔聲罩2種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)頂部的聲壓獲得的。將麥克風(fēng)固定在距發(fā)動(dòng)機(jī)頂部表面1m的位置。在高于800Hz的所有頻率范圍內(nèi)，玻璃纖維材質(zhì)蓋罩噪聲均勻衰減。總體來說，聲學(xué)性能略低于傳統(tǒng)前蓋設(shè)計(jì)。

安裝這種蓋罩的動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)前端噪聲排放能夠降低3dB(A)，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的聲功率降低0.5～1.0dB(A)。

圖8　發(fā)動(dòng)機(jī)蓋罩對(duì)輻射噪聲的影響

3.2發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的隔聲罩

如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)底部是動(dòng)力系統(tǒng)全部噪聲輻射最重要的噪聲源。事實(shí)上，發(fā)動(dòng)機(jī)底部是機(jī)油泵噪聲和平衡軸轟鳴噪聲，以及柴油燃燒噪聲排放的主要來源。此外，由于車輛底部的噪聲衰減低于頂部，發(fā)動(dòng)機(jī)底部輻射噪聲對(duì)通過噪聲影響更大。降低發(fā)動(dòng)機(jī)底部噪聲排放的有效方法是在油底殼上加裝隔聲罩。

與頂部隔聲罩一樣，油底殼隔聲罩采用不同厚度和密度的多層吸收材料制造，如玻璃纖維、木質(zhì)纖維或聚氨酯。利用增加隔聲層提高減振性能。通過選擇吸收材料、厚度和幾何形狀，可以將油底殼的聲學(xué)性能調(diào)整為隔聲罩缺點(diǎn)及NVH目標(biāo)的函數(shù)。

如圖9所示，以發(fā)動(dòng)機(jī)底部隔聲罩為例，其設(shè)計(jì)目的為減少高頻燃燒噪聲。測(cè)試結(jié)果是通過在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)測(cè)量有無隔聲罩2種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)底部的聲壓獲得的。將麥克風(fēng)固定在距發(fā)動(dòng)機(jī)底部表面20cm的位置。在高于2000Hz的頻率范圍內(nèi)，隔聲罩具有良好的噪聲衰減效果。在低于2000Hz的頻率范圍內(nèi)，隔聲罩對(duì)噪聲排放幾乎沒有影響。當(dāng)然，通過改變材料和厚度，在低頻范圍內(nèi)可獲得更好的衰減效果。

圖9　　　　發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼隔聲罩的作用(為高頻噪聲而設(shè)計(jì))

3.3發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端隔聲罩新概念

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端是整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)噪聲輻射的主要來源之一，尤其是帶柴油機(jī)排氣后處理系統(tǒng)：包括滿足歐6排放標(biāo)準(zhǔn)的催化器、催化型顆粒捕集器(CPF)、NOx吸附-還原法催化器(NOxtrap)或選擇性催化還原器(SCR)。在機(jī)體和排氣脈動(dòng)的激勵(lì)下，這些薄壁結(jié)構(gòu)的大體積部件產(chǎn)生較大噪聲。這些噪聲占整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)輻射聲功率的10%～20%。另一方面，由于高溫廢氣，應(yīng)利用隔熱罩隔離排氣后處理系統(tǒng)部件以保護(hù)周圍零部件。一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端加裝傳統(tǒng)隔熱罩(復(fù)合鋼板制成)的降噪作用極小，甚至沒有作用。相反，由于其平面較大和厚度較小，可能放大排氣端輻射的噪聲。因此，為了滿足熱保護(hù)要求并改善動(dòng)力系統(tǒng)噪聲輻射，需要開發(fā)新的隔離概念。

過去，開發(fā)的解決方案是通過添加多孔金屬層和薄玻璃纖維層增強(qiáng)隔熱罩隔熱效果。采用多孔技術(shù)可以減少部分噪聲，但這一技術(shù)無法減少寬頻范圍內(nèi)噪聲。因此，Renault公司在供應(yīng)商的支持下進(jìn)行研究，開發(fā)出1種新型隔熱-隔聲罩，以確保所有部件可在排氣端高溫下運(yùn)行，如渦輪增壓器、催化器、排氣歧管等。

新型隔熱-隔聲罩由外層和內(nèi)層組成，以0.1～0.2mm厚度的不銹鋼薄板作為外層，5mm及以上厚度的壓縮玻璃纖維作為內(nèi)層，內(nèi)層接觸熱部件。不銹鋼薄板耐高溫，厚度較薄，質(zhì)地柔軟，因而沒有任何能量特征振型。壓縮玻璃纖維層具有良好的吸聲作用，同時(shí)相比傳統(tǒng)層壓鋼板隔熱罩，隔熱性能可得到改善。

可以將這種隔熱-隔聲罩設(shè)計(jì)封裝在整個(gè)排氣端。這種解決方案具有最佳聲學(xué)性能，但可能占用更多發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間，難以固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上。也可以為每個(gè)組件單獨(dú)設(shè)計(jì)隔熱-隔聲罩。在這種情況下，隔熱-隔聲罩設(shè)計(jì)應(yīng)與所覆蓋部件形狀相匹配。這種設(shè)計(jì)由2個(gè)半殼體組成，易于使用金屬夾具裝配。

圖10為催化器隔熱-隔聲罩示例，圖11為發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲衰減結(jié)果。將麥克風(fēng)放置在距發(fā)動(dòng)機(jī)排氣表面1m的位置，在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，測(cè)量有無隔 熱- 隔聲罩2種情況下獲得的結(jié)果。即使隔熱-隔聲罩表面積受到催化器的限制，整個(gè)排氣端也有明顯噪聲衰減。如圖11所示，排氣端在3000Hz以下輻射噪聲降低2～4dB。

當(dāng)然，如果增加隔熱-隔聲罩表面積，或在排氣端放置若干隔熱-隔聲罩，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端獲得更好的降噪效果。事實(shí)上，這種隔熱-隔聲罩對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)輻射噪聲的影響類似于發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩。

圖10　排氣端隔熱-隔聲罩(由2個(gè)半殼體夾緊后封裝催化器)

圖11　隔熱-隔聲罩對(duì)輻射噪聲的影響

就質(zhì)量而言，相比于傳統(tǒng)層壓鋼板隔熱罩，隔 熱- 隔聲罩的設(shè)計(jì)提出了1種不額外增加質(zhì)量的方案，原因在于減小鋼板厚度和固定件。

此外，新概念隔熱-隔聲罩的其他優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在對(duì)催化器的隔熱效果更好，利于熱管理系統(tǒng)運(yùn)行；不直接接觸發(fā)動(dòng)機(jī)，其可靠性更高，因而降低了金屬層的振動(dòng)和可承受的壓力。

4結(jié)論

本文針對(duì)最新歐洲通過噪聲法規(guī)，提出了降低動(dòng)力系統(tǒng)噪聲輻射的解決方案。1種有效方法是優(yōu)化某些發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)，如曲軸和發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)。通過原始方法分析了這些發(fā)動(dòng)機(jī)部件對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)輻射噪聲的影響程度，并找出曲軸剛度和動(dòng)力系統(tǒng)輻射噪聲間的定量關(guān)系。實(shí)際上，通過改善曲軸剛度，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲降低1～2dB。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)底部結(jié)構(gòu)而言，對(duì)輻射噪聲的影響可能達(dá)到3dB。

另1種改善噪聲輻射的有效方法是加裝發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲罩。研究了3種隔聲罩：發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩、發(fā)動(dòng)機(jī)底部隔聲罩，以及排氣端隔聲罩。對(duì)于整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲輻射，每個(gè)隔聲罩能夠降低約1dB噪聲。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩，Renault公司開發(fā)了1款輕質(zhì)產(chǎn)品。隔聲罩質(zhì)量至少減少50%，同時(shí)保持了令人滿意的發(fā)動(dòng)機(jī)聲學(xué)性能。在供應(yīng)商的支持下，Renault公司還開發(fā)了新概念隔熱-隔聲罩，為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端提供隔熱和聲衰減功能。隔熱-隔聲罩由1層薄鋼板和1層厚的玻璃纖維制成。采用這種類型的屏蔽罩，可獲得與發(fā)動(dòng)機(jī)頂部隔聲罩相媲美的聲衰減功能。此外，相比于簡(jiǎn)單的層壓鋼板隔熱罩，提出的新解決方案無需增加質(zhì)量，甚至更輕。

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王曉滕李研芳譯自SAE2014-01-2074

張然治校

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(收稿時(shí)間：2015-07-06)